(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、前記第１の電極と間隙を挟んで設けられた第２の電極と、を備える１つ以上のセルをそれぞれ有する複数の素子と、
前記複数の素子に、交流電圧を印加する電圧印加部と、
前記交流電圧により前記第２の電極から出力される電流を素子毎に検出する信号処理部と、
前記信号処理部から出力される信号から前記素子の感度ばらつきを算出する感度ばらつき算出部と、
を備え、
前記セルは、前記第１の電極と前記第２の電極とのうち一方の電極を備えた振動膜を有し、
前記電圧印加部は、前記振動膜の共振周波数とは異なる周波数の交流電圧を印加することを特徴とする電気機械変換装置。
【請求項２】
前記感度ばらつきを算出するモードと弾性波を検出するモードとを切り替える切替え制御部を有することを特徴とする請求項１に記載の電気機械変換装置。  
【請求項３】
前記交流電圧は、直流電圧が重畳された交流電圧であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気機械変換装置。
【請求項４】
前記電圧印加部は、前記交流電圧の位相と前記電流の位相との位相差が略９０°となる周波数の交流電圧を印加することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項５】
前記電圧印加部を制御する電圧制御部を備え、
前記信号処理部は、前記電流を電圧に変換する増幅回路と、前記増幅回路から出力された電圧をデジタル信号に変換するデータ変換部とを有し、
前記電圧制御部は、前記交流電圧の位相と前記デジタル信号の位相との位相差に基づき、前記電圧印加部が、前記交流電圧の位相と前記電流の位相との位相差が略９０°となる周波数の交流電圧を印加するよう、制御することを特徴とする請求項４に記載の電気機械変換装置。
【請求項６】
前記電圧制御部は、前記電圧印加部が印加する前記直流電圧を変化させて、前記電流の検出を複数回行うことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項７】
前記感度ばらつきを補正するようゲイン調整を行うアンプを備えることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項８】
前記振動膜は前記一方の電極を兼ねることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気機械変換装置。
【請求項９】
第１の電極と、前記第１の電極と間隙を挟んで設けられた第２の電極と、を備えた１つ以上のセルをそれぞれ有する複数の素子の感度ばらつき検出方法であって、
前記複数の素子に交流電圧を印加する第１のステップと、
前記交流電圧により前記第２の電極から出力される電流を素子毎に検出して信号処理を行う第２のステップと、
前記信号処理を行うステップで信号処理されて出力された信号から感度ばらつきを算出する第３のステップと
を備え、
前記第１のステップでは、前記第１の電極と前記第２の電極とのうち一方の電極を備える振動膜の共振周波数とは異なる周波数の交流電圧を印加することを特徴とする感度ばらつき検出方法。
【請求項１０】
前記交流電圧は、直流電圧が重畳された交流電圧であることを特徴とする請求項９に記載の感度ばらつき検出方法。
【請求項１１】
前記第１のステップでは、前記交流電圧の位相と前記電流の位相との位相差が略９０°となる周波数の交流電圧を印加することを特徴とする請求項９又は１０に記載の感度ばらつき検出方法。
【請求項１２】
前記第２のステップは、前記電流を電圧に変換するステップと、前記電圧をデジタル信号に変換するステップと、を有し、
前記第１のステップでは、前記交流電圧の位相と前記デジタル信号の位相との位相差に基づき、前記交流電圧の位相と前記電流の位相との位相差が略９０°となる周波数の交流電圧を印加する、ことを特徴とする請求項１１に記載の感度ばらつき検出方法。
【請求項１３】
前記直流電圧を変化させ、少なくとも前記第１から第３までのステップを複数回行うことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の感度ばらつき検出方法。
【請求項１４】
請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の感度ばらつき検出方法を用いて前記複数の素子の感度ばらつきを補正する補正方法であって、
前記感度ばらつきを補正するようゲイン調整を行うステップを有することを特徴とする補正方法。
【請求項１５】
第１の電極と、前記第１の電極と間隙を挟んで設けられた第２の電極と、を備える１つ以上のセルをそれぞれ有する複数の素子と、
前記複数の素子に、交流電圧を印加する電圧印加部と、
前記交流電圧により前記素子毎に前記第２の電極から出力される電流に基づき、前記素子の感度ばらつきを補正するようゲイン調整するアンプと、
を備え、
前記セルは、前記第１の電極と前記第２の電極とのうち一方の電極を備える振動膜を有し、
前記電圧印加部は、前記振動膜の共振周波数とは異なる周波数の交流電圧を印加することを特徴とする電気機械変換装置。
【請求項１６】
前記交流電圧は、直流電圧が重畳された交流電圧であることを特徴とする請求項１５に記載の電気機械変換装置。
【請求項１７】
前記電圧印加部は、前記交流電圧の位相と前記電流の位相との位相差が略９０°となる周波数の交流電圧を印加することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の電気機械変換装置。
【請求項１８】
前記振動膜は前記一方の電極を兼ねることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれか１項に記載の電気機械変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換装置、電気機械変換装置の感度ばらつき検出方法、及び補正方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
電気機械変換装置の一形態に、静電容量型マイクロマシン加工超音波トランスデューサ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｕｌｔｒａｓｕｏｕｎｄ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ：ＣＭＵＴ）がある。ＣＭＵＴとは一般に、下部電極を有する基板と、この基板上に形成された支持部によって支えられた振動膜と、振動膜に形成された上部電極とで構成されている。下部電極と上部電極とは間隙を挟んで対向している。１つの間隙に対し振動膜と上部電極と下部電極とからなる構成をセルと呼び、1つ以上のセルが電気的に接続した構成を素子と呼ぶ。ＣＭＵＴは、受け取った超音波によって振動膜を振動させ、その容量変化により超音波を検出する。
【０００３】
ＣＭＵＴは、複数の素子がアレイ状に並べられた素子アレイを形成しており、各素子で受信した弾性波を電気信号に変換している。しかし、それぞれの素子の特性には差があり、その差が感度ばらつきの発生原因となっていた。感度ばらつきを検知する方法として、特許文献１には超音波源より単一周波数の超音波を送信する方法が提案されている。特許文献１では、それぞれの素子にてこの超音波を受信させ、各素子で変換される電気信号を用いてそれぞれの素子の感度を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２５５１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、振動膜を駆動する方法として超音波源を用いている。しかしながら、超音波源から送信された超音波を素子アレイで受信し、感度ばらつきを算出するためには、各素子において超音波を均一に受信する必要がある。しかしながら超音波源から送信される超音波は指向性を持つ。また、素子が受ける超音波の強度は、超音波源と素子との間の媒質の影響を受ける。これらの理由により、広い範囲に均一な強度をもつ超音波を送信することは困難を伴う。このことから、特許文献１の感度ばらつきの検出方法を受信面の広い素子アレイに適用する場合、各素子が強度の異なる超音波を受信することになり、真の感度ばらつきを検出できないことが懸念される。そこで、本発明では、受信面の面積に依らず、各素子に均一に信号を印加して、素子毎の感度ばらつきを検出することができる電気機械変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の電気機械変換装置は、第１の電極と、前記第１の電極と間隙を挟んで設けられた第２の電極と、を備える１つ以上のセルをそれぞれ有する複数の素子と、前記複数の素子に、交流電圧を印加する電圧印加部と、前記交流電圧により前記第２の電極から出力される電流を素子毎に検出する信号処理部と、前記信号処理部から出力される信号から前記素子の感度ばらつきを算出する感度ばらつき算出部と、を備え、前記セルは、前記第１の電極と前記第２の電極とのうち一方の電極を備える振動膜を有し、前記電圧印加部は、前記振動膜の共振周波数とは異なる周波数の交流電圧を印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電気機械変換装置は、受信面の面積に依らず、電気機械変換装置に均一に信号を印加できる。これにより、印加信号の強度ばらつきを考慮することなく、電気機械変換装置を構成する各素子の感度ばらつきを検出することできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を適用可能な電気機械変換装置の構成
【図２】本発明を適用可能な電気機械変換装置の感度ばらつき検出方法の手順を示すフローチャート
【図３】実施形態１の電気機械変換装置の構成
【図４】実施形態１の電気機械変換装置の感度ばらつき検出方法の手順を示すフローチャート
【図５】本発明を適用可能な電気機械変換装置のセルの構成
【図６】実施形態２を適用して感度ばらつきを検出する電気機械変換装置の別形態に係る構成
【図７】実施形態２の電気機械変換装置の感度ばらつき検出方法の手順を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明では、電極対の電極間距離を検出し、これをもとに感度ばらつきを検出する。本発明において感度とは、振動膜の変位量に対する電流出力を示す。つまり、感度ばらつきとは、電極対ごとの振動膜変位前後での電流出力の比を示す。また、ＣＭＵＴの場合、セルを複数有する。本発明において、素子とは、セルを1つ以上有する構成であり、具体的には、1つのセル、又は、少なくとも2つのセルを電気的に（並列に）接続した構成を示す。エレメント内に複数のセルを有する場合、セル毎に電極間距離が異なる可能性はあるが、電流は素子単位で出力されるため、素子毎の感度ばらつきが重要となる。つまり、本発明において検出する電極間距離は、セル毎の電極間距離ではなく、素子の仮想的な電極間距離であり、１つの素子が１つのコンデンサを形成しているものとして扱う。
【００１０】
電極間距離の感度ばらつきへの影響について説明する。電極対の間に間隙を有する構成である素子の静電容量Ｃは、電極間距離ｄ、真空の誘電率ε０、間隙内部の媒質の比誘電率ε、電極面積Ｓを用いて式１に表される。
Ｃ＝ε０×ε×Ｓ×（１／ｄ）            （式１）
静電容量型の電気機械変換装置は、超音波のような弾性波により電極対のうち一方の電極が変位し、これによって電極対の静電容量が変化する際に出力される電流を出力とする。電極対の間の電位差をＶとすると、コンデンサとして機能する素子１個にたまる電荷量Ｑは式２のように表される。さらに、このときの出力電流ｉは式３で表現される。
Ｑ＝ＣＶ            （式２）
ｉ＝ΔＱ／Δｔ＝−Ｖ×ε０×ε×Ｓ×（１／ｄ２）          （式３）
一定の強さの弾性波を受信すると振動膜は変位するが、微小距離の変位に対する出力電流量は、式３より電極間距離ｄの影響を受ける。すなわち、電極間距離ｄを検出することにより、各セルの感度ばらつきを推定することが可能である。なお、本発明において電極間距離ｄとは、大気圧等の外部からの圧力と、使用時に印加される直流電圧によって発生する静電引力とを受けて変位した後の電極間距離をあらわすものとする。
【００１１】
素子の容量を決める要素としては、面積Ｓ、電極間距離ｄ、真空の誘電率ε０、間隙内媒質の比誘電率εがあるが、電極間距離ｄの誤差が最も発生しやすい。電極間距離ｄは、間隙の厚さ（支持部の高さ）の影響を受けるが、間隙の厚さは一定に作製するのが困難なためである。また、面積Ｓはリソグラフィによりほぼ正確に作られ、間隙は真空に近い圧力で保たれているため、媒質の比誘電率εの誤差も発生しにくい。
【００１２】
以上のことを利用し、本発明では各素子の静電容量を計測することで、電極間距離を検出し、素子単位で感度ばらつきを算出する。
【００１３】
以下に図を用いて本発明を説明する。図１は本発明を適用して感度ばらつきを検出可能とする電気機械変換装置の構成を示す図である。図２は本発明を適用可能な電気機械変換装置の感度ばらつき検出方法の手順を示すフローチャートである。
【００１４】
電気機械変換装置は制御部１０と電圧印加部２０と素子が複数形成された素子アレイ３０と信号処理部４０と感度ばらつき算出部５０とを備える。素子アレイ３０はコンデンサとして機能するｎ個の素子３１１〜３１ｎを有する。以下では、図１を用いてそれぞれの構成要素の詳細な説明を行い、図２を用いて感度ばらつき検出方法の動作手順を説明する。
【００１５】
制御部１０は電圧印加部２０に接続され、印加する電圧の制御や、通常の弾性波の検出モードと、感度ばらつきの測定モードの切り替えを行う（Ｓ１０１）。電圧印加部２０は素子アレイを駆動する際に印加する直流電圧の他、前記直流電圧に重畳して所定の周波数ｆ、電圧Ｖｉｎを持つ交流電圧を印加する（Ｓ１０２）。この時、素子毎に交流電圧に応じた電流が発生し、この電流を信号処理部４０が検出する。
【００１６】
ここで、電圧印加部２０は素子の第１の電極に接続され、信号処理部４０は第１の電極と対向する第２の電極に接続される。第１の電極とは、図５に示されるように、上部電極１０１又は下部電極１０４のどちらか一方の電極であり、第２の電極とは、もう一方（他方）の電極である。本発明の素子は電極対の間には間隙が設けられている。間隙が設けられていることにより超音波等の弾性波を受信することで振動膜が動き、容量変化が起きる。上部電極は、図５で示されるように、振動膜上に形成してもよいが、振動膜がＳｉ等の半導体もしくは導電体により形成されている場合は、振動膜が上部電極を兼ねてもよい。
【００１７】
信号処理部４０は、増幅回路４１１〜４１ｎとデータ変換部４２１〜４２ｎとデータ処理部４３と蓄積部４４とを備える。データ処理部４３は複数のチャネルに接続されている。この中の一つのチャネルに着目すると、素子３１１の電流出力は、増幅回路４１１で電圧Ｖｏｕｔに変換され、さらにデータ変換部４２１を通じてアナログ信号からデジタル信号Ｅ１に変換される。データ処理部４３は、デジタル変換されたデジタル信号Ｅ１を取得し、電極対３１１の静電容量を算出する（Ｓ１０３）。
【００１８】
ここで、印加電圧をｖｉｎ、周波数をｆ、アンプのトランスインピーダンスをＲ（Ω）、出力電圧Ｖｏｕｔとすると、素子３１１の容量は式４で表現される。
【００１９】
【数１】
0005409138.tif 000002
（式４）
【００２０】
同様の処理が素子３１１〜３１ｎに接続された各チャネルについて行われ、デジタル信号Ｅ１〜Ｅｎのデータからそれぞれの素子の静電容量値が算出され、データ蓄積部４４に保存される。
【００２１】
感度評価部５０は、データ蓄積部４４から各素子の静電容量値を読み取り、そのデータと式１を用いて電極間距離ｄを算出する。さらに、電極間距離ｄを式３に代入することで各素子の感度ばらつきが算出される（Ｓ１０４）。つまり、本発明において感度評価部は素子毎の感度ばらつきを算出する感度ばらつき算出部である。
【００２２】
このように本発明では、各素子に交流電圧を印加し、出力電流を検出する。これにより、素子アレイ全体へ均等に信号を印加することが可能になるため、大面積の素子アレイの感度ばらつきを、印加信号のばらつきを考慮することなく検出することができる。
【００２３】
また、検出した感度ばらつきを用いて感度補正を行うこともできる。補正方法としては、特許文献１に記載されているようなゲイン調整を行う方法等が考えられる。具体的には、プログラマブルゲインアンプのゲインを、算出した感度ばらつきを抑制するように素子毎に設定するとよい。
【００２４】
（実施形態１）
以下では図３、図４を用いて本実施形態の電気機械変換装置及び、その感度ばらつき検出方法について説明する。
【００２５】
図３は、本発明を適用して感度ばらつきを検出する電気機械変換装置を示す図である。また、図４は実施形態１の電気機械変換装置に係る感度ばらつきの検出方法についてのフローチャートである。
【００２６】
電気機械変換装置は制御部１０と電圧印加部２０と素子アレイ３０と信号処理部４０と感度評価部５０を備える。制御部１０は、感度検出モードへの切り替えを行うモード切り替え部１１と、電圧印加部２０の出力電圧の周波数をコントロールする電圧制御部１２とを備える。電圧制御部１２の機能については、後述する。制御部１０はＣＰＵのような演算処理手段で構成できる。モード切り替え部１１で感度検出モードへの切り替えを行い（Ｓ１０１Ａ）、電圧制御部１２で電圧印加部２０への交流電圧の生成指示を行う（Ｓ１０１Ｂ）。
【００２７】
電圧印加部２０は素子アレイに通常印加する直流電圧（例えば５０Ｖ）に加えて、例えば周波数１０ＭＨｚ、２０ｍＶ（ピークピーク値）の交流電圧を発生させる（Ｓ１０２）。電圧印加部２０は、任意波形発生器で構成できる。
【００２８】
素子アレイ３０はコンデンサとして機能するｎ個の素子３１１〜３１ｎを備え、信号処理部４０に電流データを出力する。信号処理部４０は増幅回路４１１〜４１ｎとデータ変換部４２１〜４２ｎとデータ処理部４３とデータ蓄積部４４を備える。データ処理部４３は複数のチャネルに接続されている。増幅回路４１１〜４１ｎは、トランスインピーダンスアンプで構成され、そのトランスインピーダンスは例えば２０ｋΩである。また、データ変換部４２１〜４２ｎはＡＤ変換器で構成される。データ処理部４３はＡＤ変換器からの出力であるデジタル信号Ｅ１〜Ｅｎを読み取り、その振幅と位相を検出する（Ｓ１０３Ａ）。これをもとに電極対３１１〜３１ｎの静電容量を算出し、データ蓄積部４４に保存する（Ｓ１０３Ｂ）。デジタル信号Ｅ１〜Ｅｎの位相情報も同時にデータ蓄積部４４に保存される。データ蓄積部４４には電極対３１１〜３１ｎのそれぞれについて静電容量値が保存される。データ処理部４３はＣＰＵのような演算処理手段で構成できる。また、データ蓄積部４４は半導体メモリのような記憶手段で構成できる。
【００２９】
ここで、電圧制御部１２の機能について説明する。電圧制御部１２は電圧印加部２０に接続され、交流電圧の周波数と位相を制御する。このため、電圧制御部１２は、信号処理部４０の中のデータ蓄積部４４に接続される。電圧制御部１２は、電圧印加部２０から出力される信号Ｖｉｎの位相φ１と、データ蓄積部４４で蓄積されるデジタル信号Ｅ１〜Ｅｎの位相φ２とを比較する。そして、位相φ２と位相φ１との位相差Δφが９０°と略一致するよう、電圧印加部２０が印加する電圧の周波数を制御する。これは、コンデンサに電圧を印加した時の電流出力が９０°遅れることを利用し、上記したように周波数を制御することで、機械的な振動特性を除いて電気的なインピーダンスのみを抽出することができるためである。
【００３０】
この原理について詳しく述べる。本実施形態は、素子の電気的インピーダンスから、コンデンサ容量の算出を経て電極間距離を推定し、これを元に感度ばらつきを算出する。そのため、本実施形態では電気的インピーダンスの算出のために交流電圧を印加、その時の出力電流を計測して素子のインピーダンスを推定している。ただし、本発明で取り扱う電気機械変換素子では、素子はコンデンサの特性のほか、振動膜としての特性を持つことから、ここで推定されるインピーダンスは電気的インピーダンスと、機械的インピーダンスに分類される。
【００３１】
正弦波状の交流電圧をコンデンサに印加すると、電流は電圧の変化に比例するため、位相遅れは９０°になる。これに対し、振動膜を持つ電気機械変換素子に、共振周波数付近の周波数の電圧信号を印加する場合、電流出力は素子の振動膜としての特性に起因する機械的インピーダンスの影響を受け、電流の位相は９０°遅れにはならない。すなわち、印加した電圧信号に対する位相が９０°遅れではない電流が検出された場合、機械的インピーダンスも含めたインピーダンスが取得されているといえる。このような検出電流から算出されたインピーダンスから感度ばらつきを推定するためには、電気的インピーダンスのみを分離して考える必要がある。
【００３２】
本実施形態は、素子の機械的な共振周波数（例えば１０ＭＨｚ）とは異なる周波数の交流電圧信号（例えば１ＭＨｚ）を印加し、機械的インピーダンスの影響を無視して電気的インピーダンスのみを検出することが特徴である。
【００３３】
具体的な動作としては、電圧制御部１２は電圧印加部２０の位相φ１と、データ蓄積部４４での位相φ２の比較を行い、位相遅れがほぼ９０°である場合は、次のステップへ移行し、それ以外の場合は電圧印加部２０の周波数を調整して位相遅れがほぼ９０°になるまでＳ１０１Ｂ、Ｓ１０２、Ｓ１０３Ａ、Ｓ１０３Ｂを繰り返す（Ｓ２０１）。
【００３４】
その後、感度評価部５０はデータ蓄積部４３から各素子の静電容量値を読み取り、そのデータと式４を用いて各素子の電極間距離ｄを算出する（Ｓ１０４Ａ）。そして、算出した電極間距離ｄをもとに各素子の感度ばらつきを算出する（Ｓ１０４Ｂ）。感度評価部５０はＣＰＵのような演算処理手段で構成できる。
【００３５】
以上より、本実施形態では各素子に交流電圧を加え、出力電流を計測することで振動膜のインピーダンスを算出している。また、制御部１０に電圧制御部１２を設け、電圧印加部２０から出力される信号の位相φ１と、データ蓄積部４４で蓄積される信号の位相φ２との位相差Δφが９０°と略一致するよう、電圧印加部２０が印加する電圧の周波数を制御する。これにより、機械的な動特性の影響を受けることなく、振動膜のインピーダンスを測定し、感度ばらつきを測定することが可能になる。
【００３６】
（実施形態２）
本実施形態の電気機械変換装置は、シーケンス制御部１３を有し、電圧印加部２０で発生する電圧の直流成分を変化させて、実施形態１で述べたＳ１０１ＢからＳ１０５までのステップを複数回行う。これにより、振動膜のばね定数ｋを算出する点が実施形態１と異なる。
【００３７】
図５に示されるように、振動膜１０２は支持部１０３に支持されており、電極対の間には間隙が設けられている。間隙が設けられていることにより弾性波を受信することで振動膜が動き、容量変化が起きる。大気圧等の外圧と直流電圧を印加することにより撓んだ後の電極間の距離ｄは、支持部の高さｈ、振動膜のばね定数ｋ、間隙内外の気圧差と直流電圧を印加することにより発生した静電引力とを足した圧力Ｐ、振動膜の面積Ｓとで式５のように表現される。
ｄ＝ｈ−Ｐ×Ｓ／ｋ            （式５）
この中で、支持部の高さｈと振動膜のばね定数ｋは、製造時に素子毎にばらつきが発生することが懸念される。つまり、実施形態１で測定した素子毎の電極間距離ｄのばらつきは、支持部の高さｈが素子毎にばらついているのか振動膜のばね定数ｋがばらついているのか把握できない。
【００３８】
弾性波を実際に測定する際は、弾性波を受信することにより、前記電極間距離ｄの状態（外部からの圧力と直流電圧による静電引力とを足した圧力により撓んだ状態）からさらに振動膜が変位する。この際、振動膜のバネ定数ｋが変位量に影響を及ぼす。そのため、実施形態１で求めたｄに加えて、振動膜のばね定数ｋを算出することで、振動膜の振動のしやすさを調べることができ、さらに正確な感度ばらつきを検出することが可能となる。この点に関して、以下に詳細に説明する。
【００３９】
前述したように、感度とは、振動膜の変位量に対する電流出力量である。電流出力は式３で示した通り、ｄ２に反比例する。また、振動膜の変位量は、弾性波受信による圧力の変動量ΔＰによって発生する。よって、フックの法則を考慮すると、Δｄは式６のようにｋに反比例する。
Δｄ＝ΔＰ×Ｓ／ｋ            （式６）
すなわち、変位量はｋに反比例するので、感度は振動膜のばね定数ｋの影響を受ける。本実施例では予め実測したばね定数ｋと感度の誤差に関するテーブルを保持し、感度評価部５０での感度算出に使用する。
【００４０】
以下に図６と図７を用いて実施形態２の電気機械変換装置とその感度ばらつきの検出方法の手順を説明する。
【００４１】
図６は実施形態２の電気機械変換装置の構成を示す図である。実施形態１と同じ構成要素については同じ番号を付してある。制御部１０´は内部にモード切り替え部１１と電圧制御部１２の他に、検出手順のシーケンスを制御するシーケンス制御部１３を備えている点が実施形態１と異なる。
【００４２】
図７は実施形態２の電気機械変換装置の感度ばらつき検出方法のフローチャートである。実施形態１と同じ手順については、同じ番号を付してある。実施形態１との違いは、感度ばらつき算出の手順を電圧印加部２０の発生する電圧の直流成分を変えて、複数回（本実施形態では２回とする）行う点である。素子に印加する電圧の直流成分が変化することにより、電極間に作用する静電引力が変化するため、電極間距離ｄも振動膜の硬さ（振動膜のばね定数ｋ）に応じて変化する。よって、この変化を検出することで振動膜のばね定数ｋを算出することができる。
【００４３】
実施形態２では、Ｓ１０１Ｂ、Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０５の手順終了後、シーケンス制御部１３が繰り返し回数のカウントを行う。この時繰り返し回数が規定回数に達していれば、Ｓ１０４に進み、達していなければ、印加電圧の直流成分を変更し、Ｓ１０１Ｂに戻り（Ｓ２０１）カウントがｍ回（本実施形態では２回）になるまで繰り返す。なお、繰り返し毎に変化させる印加電圧の直流成分は、少なくとも電気機械変換装置の使用時に印加する直流電圧成分を含むものとする。
【００４４】
次に、ｘ番目の素子について、式１を用いて各素子の電極間距離ｄｘ１〜ｄｘｍを算出する。さらに、繰り返し毎の静電引力（印加電圧の直流成分より算出）の変化量と電極間距離ｄｘ１〜ｄｘｍの変化量を用いて、式６から各素子の振動膜のばね定数ｋｘ１〜ｋｘ（ｍ−１）を算出する。この時、ｘ番目の素子に対するｍ回の繰り返しにより取得できるばね定数ｋｘ１〜ｋｘ(ｍ−１)から、バネ定数ｋｘが算出される。本実施例ではばね定数ｋ１〜ｋ(ｍ−１)の平均値をバネ定数ｋｘとする。
【００４５】
これを１〜ｎ番目までの素子それぞれについて繰り返し行う。そして、算出された電極間距離ｄ１〜ｄｎと振動膜のばね定数ｋ１〜ｋｎを用いて感度ばらつきを算出する（Ｓ２０２）。電極間距離の感度への影響は式３のとおりである。また、振動膜のばね定数ｋ１〜ｋｎの感度への影響については、予めｋと感度のばらつきを算出しておいたメモリを参照して算出する。
【００４６】
以上より、実施形態２ではシーケンス制御部１３を備え、電圧印加部２０の直流電圧信号を変化させたため、各素子についてばね定数を算出することができる。このことから、振動膜のばね定数に分布がある場合でも、素子毎の感度ばらつきをより高精度に検出することができる。
【符号の説明】
【００４７】
１０  制御部
１１  モード切り替え部
１２  電圧制御部
１３  シーケンス制御部
２０  電圧印加部
３０  素子アレイ
３１１〜３１ｎ  素子
４０  信号処理部
４１１〜４１ｎ  増幅回路
４２１〜４２ｎ  データ変換部
４３  データ処理部
４４  データ蓄積部
５０  感度評価部
【図１】
0005409138.tif 000003
【図２】
0005409138.tif 000004
【図３】
0005409138.tif 000005
【図４】
0005409138.tif 000006
【図５】
0005409138.tif 000007
【図６】
0005409138.tif 000008
【図７】
0005409138.tif 000009